Qu'est-ce que l'effet Schottky

Qu'est-ce que l'effet Schottky ?

Définition de l'effet Schottky

L'effet Schottky est défini comme une réduction de l'énergie nécessaire pour extraire des électrons d'une surface solide dans le vide lorsque un champ électrique est appliqué. Cela augmente la décharge d'électrons des matériaux chauffés et affecte le courant thermionique, l'énergie d'ionisation de surface et le seuil photoélectrique. Nommé d'après Walter H. Schottky, cet effet est crucial pour les dispositifs d'émission d'électrons comme les canons à électrons.

Émission thermionique

Pour comprendre l'effet Schottky, nous devons d'abord examiner les concepts d'émission thermionique et de fonction de travail.

L'émission thermionique est l'émission (la libération) de porteurs de charge (ions ou électrons) depuis la surface d'un matériau en raison de l'énergie thermique qui lui est fournie. Dans un matériau solide, il y a généralement un ou deux électrons par atome qui sont libres de se déplacer d'un atome à l'autre selon la théorie des bandes. Ces électrons peuvent s'échapper de la surface s'ils ont suffisamment d'énergie pour surmonter la barrière de potentiel qui les lie au matériau.

La fonction de travail est définie comme l'énergie minimale nécessaire pour qu'un électron s'échappe de la surface d'un matériau en raison de l'énergie thermique. Elle varie en fonction du matériau, de sa structure cristalline, de l'état de surface et de l'environnement. Une fonction de travail plus faible entraîne une émission d'électrons plus importante.

La relation entre la densité de courant d'émission thermionique J et la température T d'un métal chauffé est donnée par la loi de Richardson, qui est mathématiquement analogue à l'équation d'Arrhenius :

où W est la fonction de travail du métal, k est la constante de Boltzmann, AG est le produit d'une constante universelle A0 multiplié par un facteur de correction spécifique au matériau λR qui est généralement de l'ordre de 0,5.

Le rôle du champ électrique

Maintenant, nous pouvons expliquer comment le champ électrique affecte l'émission thermionique et cause l'effet Schottky.

L'application d'un champ électrique à un matériau chauffé abaisse la barrière de potentiel, permettant à plus d'électrons de s'échapper. Cela réduit la fonction de travail d'une quantité ΔW, augmentant le courant thermionique. L'abaissement de la barrière ΔW est calculé par :

L'équation de Richardson modifiée qui tient compte de cet abaissement de la barrière est :

L'équation de Richardson modifiée qui tient compte de cet abaissement de la barrière est :

Cette équation décrit l'effet Schottky ou l'émission thermionique renforcée par le champ, qui se produit lorsqu'un champ électrique modéré (inférieur à environ 108 V/m) est appliqué à un matériau chauffé.

Émission par champ

Lorsqu'un champ électrique très élevé (supérieur à 108 V/m) est appliqué à un matériau chauffé, une émission d'électrons différente se produit, appelée émission par champ ou tunnelisation Fowler-Nordheim.

Dans ce cas, le champ électrique est si fort qu'il crée une barrière de potentiel très fine qui permet aux électrons de traverser par tunnelisation sans avoir suffisamment d'énergie thermique. Ce type d'émission ou de tunnelisation est indépendant de la température et dépend uniquement de l'intensité du champ électrique.

Les effets combinés de l'émission thermionique renforcée par le champ et de l'émission par champ peuvent être modélisés par l'équation de Murphy-Good pour l'émission thermo-champ (T-F). À des champs encore plus élevés, l'émission par champ devient le mécanisme d'émission d'électrons dominant, et l'émetteur fonctionne dans le régime dit d'émission d'électrons par champ froid (CFE).

Applications

L'effet Schottky est utilisé dans des dispositifs tels que les microscopes électroniques, les tubes à vide, les lampes à décharge gazeuse, les cellules solaires et dans la nanotechnologie.

Résumé

L'effet Schottky est un phénomène en physique qui réduit l'énergie requise pour extraire des électrons d'une surface solide dans le vide lorsque un champ électrique est appliqué à la surface. Il augmente la décharge d'électrons de la surface d'un matériau chauffé et affecte le courant thermionique, l'énergie d'ionisation de surface et le seuil photoélectrique.

L'effet Schottky se produit lorsque un champ électrique modéré abaisse la barrière de potentiel qui empêche les électrons de s'échapper de la surface, ce qui diminue la fonction de travail et augmente le courant thermionique. La relation entre la densité de courant thermionique, la température, la fonction de travail et l'intensité du champ électrique peut être décrite par une équation de Richardson modifiée.